DE4316636C2 - Geschwindigkeitssensor für Fahrzeugstraßenräder - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Fahrzeugstraßenradge­ schwindigkeitssensor der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Ein derartiger Geschwindigkeitssensor für Fahrzeugstraßen­ räder ist in der Japanischen Gebrauchsmuster-Veröffentlichung Nr. 3-25275 beschrieben und in Fig. 4 der Zeichnung gezeigt. Der herkömmliche Geschwin­ digkeitssensor für Fahrzeugstraßenräder ist mit einem Rotor verbunden, der zur synchronen Rotation mit einem der Fahr­ zeugstraßenräder des Fahrzeugs montiert ist, um ein Impuls­ signal zu erzeugen, das eine Wiederholungsrate proportional zur Rotationsgeschwindigkeit eines der Fahrzeugstraßenräder besitzt. Das Impulssignal wird angelegt, um einen Transistor an- und auszuschalten, um ein Sensorsignal zu erzeugen, in Abhängigkeit dessen eine Steuerungseinheit die Rotationsge­ schwindigkeit des einen Straßenrades berechnet. Der herkömm­ liche Geschwindigkeitssensor für Fahrzeugstraßenräder ist über drei Verbindungsleitungen mit der Steuerungseinheit verbunden, nämlich der Spannungsleitung, der Erdleitung und der Signalleitung. Bei dem herkömmlichen Geschwindigkeits­ sensor für Fahrzeugstraßenräder ist es jedoch unmöglich, eine Unterbrechung in den Verbindungsleitungen auf der Basis des Sensorsignals festzustellen, wie hiernach im Detail be­ schrieben wird.

Aus der US-PS 5 019 774 ist ein Geschwindigkeitssensor für die Räder eines Flugzeuges bekannt, bei dem zwei Signallei­ tungen Kollektor und Emitter eines Transistors mit den Ein­ gängen eines Verstärkers verbinden, der Kollektor des Tran­ sistors mit einer Spannungsquelle verbunden ist und die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors mit einem hoch­ ohmigen Widerstand überbrückt ist. Dieser Widerstand ermöglicht eine Sicherheitsüberprüfung auf möglichen Leitungs­ bruch, wozu in bestimmten zeitlichen Abständen ein Strom mit Hilfe einer besonderem Speisequelle durch diesen Widerstand hindurchgeleitet wird. Der Transistor bildet hier eine Ver­ stärkerschaltung, um die von dem Rotationsfühler kommenden Signale zu verstärken, bevor sie über die mit Leitungskapa­ zitäten behafteten zwei Signalleitungen an den eigentlichen Verstärker der Steuerschaltung gegeben werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen einfachen und preiswer­ ten Geschwindigkeitssensor für Fahrzeugstraßenräder zur Ver­ fügung zu stellen, der ein Sensorsignal erzeugen kann, das auch zum Feststellen von Versagen oder Bruch der Leitungen zwischen dem Geschwindigkeitssensor für Fahrzeugstraßenräder und der Steuerungseinheit verwendet werden kann.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der Geschwindigkeitssensor umfaßt außer dem ersten Wider­ stand, der zwischen der Spannungsleitung und der Kollektor­ elektrode des Transistors angeschlossen ist, einen zweiten Widerstand, der zwischen der Spannungsleitung und der Signalleitung angeschlossen ist, und einen dritten Widerstand, der zwischen der Signalleitung und Erde angeschlossen ist. Der Prozessor berechnet die Rotationsgeschwindigkeit des Straßenrades in Abhängigkeit von der Spannung über dem drit­ ten Widerstand, wodurch zwischen einem Spannungspegel von Null bei Leitungsbruch und niedrigem Potential bei Radstill­ stand unterschieden werden kann.

Die Erfindung wird in Verbindung mit den beigefügten Zeich­ nungen näher beschrieben.

Fig. 1 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Geschwindigkeitssensors für Fahrzeugstraßenräder nach der Erfindung zeigt.

Fig. 2 ist eine vergrößerte, perspektivische Ansicht des Geschwindigkeitssensors für Fahrzeugstraßenräder der Fig. 1.

Fig. 3 zeigt eine Spannungskurve, die die an dem Aus­ gangssignalpegel-Detektionswiderstand der Fig. 1 abfallende Spannung zeigt.

Fig. 4 ist ein schematisches Blockdiagramm, das einen herkömmlichen Geschwindigkeitssensor für Fahrzeugstraßenrä­ der zeigt.

Fig. 5 zeigt eine Spannungskurve, die die in dem her­ kömmlichen Geschwindigkeitssensor für Fahrzeugstraßenräder erzeugte Spannung zeigt.

Vor der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbei­ spiels der Erfindung wird der herkömmliche Geschwindigkeits­ sensor für Fahrzeugstraßenräder der Fig. 4 kurz diskutiert, um eine Basis für ein besseres Verständnis der damit verbun­ denen Schwierigkeiten zu bilden.

Fig. 4 zeigt einen herkömmlichen Geschwindigkeitssensor für Fahrzeugstraßenräder, wie er zum Beispiel in der Japani­ schen Gebrauchsmuster-Veröffentlichung Nr. 3-25275 beschrieben ist. Der herkömmliche Geschwindigkeitssensor für Fahrzeugstraßenrä­ der, der in einem Antiblockierbremssystem verwendet wird, umfaßt einen Hall-IC 104, der mit einem Rotor 101 verbunden ist, der auf einem Fahrzeugstraßenrad montiert ist, um sich synchron mit diesem zu drehen. Der Rotor 101 besitzt eine Mehrzahl von Permanentmagneten 102, die um dem Rotor 101 so angeordnet sind, daß sich ihre Pole abwechseln, so daß sie eine pulsförmige Änderung im magnetischen Fluß bei der Rota­ tion des Rotors 101 erzeugen. Der Hall-IC 104 umfaßt ein Hall-Element 105, einen Auslöseverstärkerschaltkreis 106, einen Transistor Tr2 und einen Pull-up-Widerstand R4. Das Hall-Ele­ ment 105 ist magnetisch mit einem Magnetkreis mit den Perma­ nentmagneten 102 gekoppelt. Das Hall-Element 105 wird durch eine Spannungsleitung 107 mit Spannung versorgt und über eine Erdleitung 112 geerdet. Das Hall-Element 105 erzeugt als Ergebnis der Änderungen im magnetischen Fluß, die durch die Rotation des Rotors 101 erzeugt werden, ein Wechselspan­ nungssignal an seinem Ausgangsanschluß. Das Wechselspan­ nungssignal wird von dem Hall-Element 105 an den Auslösever­ stärkerschaltkreis 106 angelegt. Der Auslöseverstärker­ schaltkreis 106, der durch die Spannungsleitung 107 mit Spannung versorgt wird und durch die Erdleitung 112 geerdet wird, formt die Wellenform des daran angelegten Wechselspan­ nungssignals in eine rechteckige Wellenform um, wie in Fig. 5 gezeigt. Das geformte und verstärkte Signal wird von dem Auslöseverstärkerschaltkreis 106 zum Betreiben des Transi­ stors Tr2 angelegt. Zu diesem Zwecke besitzt der Auslösever­ stärkerschaltkreis 106 einen mit der Basiselektrode des Transistors Tr2 verbundenen Ausgangsanschluß. Die Emitter­ elektrode des Transistors ist mit der Erdleitung 112 verbun­ den. Die Kollektorelektrode des Transistors Tr2 ist mit einer Ausgabeleitung 115 verbunden. Der Widerstand R4 ist zwischen den Spannungs- und Ausgabeleitungen 107 und 115 angeschlossen.

Der Geschwindigkeitssensor für Fahrzeugstraßenräder 103 ist über Verbindungsleitungen 111, 114 und 118 mit einer Steuerungseinheit 108 verbunden, die an einer von dem Ge­ schwindigkeitssensor für Fahrzeugstraßenräder 103 entfernten Position angeordnet ist. Die Steuerungseinheit 108 umfaßt eine Spannungsquelle 109 zum Versorgen des Geschwindigkeits­ sensors für Fahrzeugstraßenräder 103 mit Spannung und eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 116 zum Feststellen der Rotationsgeschwindigkeit in Abhängigkeit einer daran von dem Geschwindigkeitssensor für Fahrzeugstraßenräder 103 ange­ legten Spannung V. Die Spannungsquelle 109 ist über eine Spannungsleitung 110 mit der Verbindungsleitung 111 verbun­ den, die ihrerseits mit der Spannungsleitung 107 verbunden ist. Die Erdleitung 112 ist über die Verbindungsleitung 114 mit einer Erdleitung 113 verbunden, die in der Steuerungs­ einheit 108 geerdet ist. Die Ausgabeleitung 115 ist über die Verbindungsleitung 118 mit einer Leitung 117 verbunden, die mit der CPU 116 verbunden ist.

Nach dem Start des Fahrzeugs dreht sich der Rotor 101 und schaltet den Transistor Tr2 in Zeitintervallen an und aus, welche proportional der Rotationsgeschwindigkeit des Straßenrades sind. Wenn der Transistor Tr2 ausgeschaltet ist (das heißt, wenn er sich im nicht-leitenden Zustand befin­ det), befindet sich das Potential V der Leitung 117 bezüg­ lich der Erde auf einem hohen Pegel gleich der Spannung Voff, wie in Fig. 5 gezeigt. Wenn der Transistor Tr2 ange­ schaltet ist (das heißt, daß er sich im leitenden Zustand befindet), befindet sich das Potential V der Leitung 117 be­ züglich der Erde auf einem niedrigen Pegel bei dem Erdpoten­ tial GND (=0).

Bei einem Blockierzustand des Fahrzeugstraßenrads bleibt der Transistor Tr2 angeschaltet oder ausgeschaltet und hält das Potential V auf dem niedrigen Pegel Von (=0) oder auf dem hohen Pegel Voff. Das Potential V wird auf dem niedrigen Pegel Von (=0) gehalten, wenn wenigstens eine der Verbin­ dungsleitungen 111 und 118 unterbrochen ist, und wird auf dem hohen Pegel Voff gehalten, wenn die Verbindungsleitung 114 unterbrochen ist. Das heißt, daß die festgestellte Span­ nung V auf dem hohen oder dem niedrigen Pegel verbleibt, sowohl wenn das Rad blockiert ist als auch wenn eine der Verbindungsleitungen 111, 114 und 118 unterbrochen ist. Mit dem herkömmlichen Straßenradgeschwindigkeitsdetektor ist es daher unmöglich, eine Unterbrechung in den Verbindungslei­ tungen 111, 114 und 118 basierend auf der festgestellten Spannung V festzustellen. Darüberhinaus erfordert der her­ kömmliche Geschwindigkeitssensor für Fahrzeugstraßenräder drei Verbindungsleitungen 111, 114 und 118, was einen teuren Sensor bewirkt.

In Fig. 1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Ge­ schwindigkeitssensors für Fahrzeugstraßenräder nach der Erfindung gezeigt. Der Geschwindigkeitssensor für Straßenfahrzeuge, allgemein mit dem Bezugszeichen 3 bezeich­ net, umfaßt einen Hall-IC 4, der mit einem Rotor 1 verbunden ist, der auf einem Fahrzeugstraßenrad für eine synchrone Ro­ tation mit demselben montiert ist. Der Rotor 1 besitzt eine Mehrzahl von Permanentmagneten 2, die so um den Rotor 1 herum angeordnet sind, daß sich ihre Pole abwechseln, so daß eine impulsförmige Veränderung im magnetischen Fluß mit der Rotation des Rotors 1 erzeugt wird. Der Hall-IC 4 umfaßt ein Hall-Element 5, einen Auslöseverstärkerschaltkreis 6, einen Transistor Tr1, einen Niedrigpegelausgangsstrom-Einstellwi­ derstand R1, einen Hochpegelausgangsstrom-Einstellwiderstand R2 und einen Ausgangssignalpegel-Detektorwiderstand R3. Das Hall-Element 5 ist magnetisch in einem magnetischen Kreis mit den Permanentmagneten 2 gekoppelt. Das Hall-Element 5 wird über eine Spannungsleitung 7 mit Spannung versorgt und ist mit einer Signalleitung 12 verbunden. Das Hall-Element 5 er­ zeugt ein Wechselspannungssignal an seinem Ausgangsanschluß als Ergebnis der mit der Rotation des Rotors 1 erzeugten Än­ derungen des magnetischen Flusses. Das Wechselspannungssi­ gnal wird von dem Hall-Element 5 an den Auslöseverstärker­ schaltkreis 6 angelegt. Der Auslöseverstärkerschaltkreis 6, der durch die Spannungsleitung 7 mit Spannung versorgt wird und mit der Signalleitung 12 verbunden ist, formt die Wel­ lenform des daran angelegten Wechselspannungssignals in eine rechteckige Wellenform um. Das geformte und verstärkte Si­ gnal (rechteckiges Impulssignal) wird von dem Auslösever­ stärkerschaltkreis 6 zum Betreiben des Transistors Tr1 ange­ legt. Zu diesem Zweck besitzt der Auslöseverstärkerschalt­ kreis einen mit der Basiselektrode des Transistors Tr1 ver­ bundenen Ausgangsanschluß. Die Emitterelektrode des Tran­ sistors ist mit der Signalleitung 12 verbunden. Die Kollektor­ elektrode des Transistors Tr1 ist über den Hochpegelaus­ gangsstrom-Einstellwiderstand R2 mit der Spannungsleitung 7 verbunden. Der Niedrigpegelausgangsstrom-Einstellwiderstand R1 ist zwischen der Spannungsleitung 7 und der Signalleitung 12 angeschlossen.

Der Geschwindigkeitssensor für Fahrzeugstraßenräder 3 ist über zwei Verbindungsleitungen 11 und 15 mit einer Steuerungseinheit 8 verbunden, die in einer von dem Ge­ schwindigkeitssensor für Fahrzeugstraßenräder entfernten Po­ sition angebracht ist. Die Steuerungseinheit 8 umfaßt eine konstant geregelte Spannungsversorgung 9 zum Zuführen von Spannung zum Geschwindigkeitssensor für Fahrzeugstraßenräder 3 und eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 13 zum Fest­ stellen der Rotationsgeschwindigkeit des Fahrzeugstraßenrads in Abhängigkeit von einer über den Ausgangssignalpegel-De­ tektorwiderstand R3 abfallenden Spannung V. Die Spannungs­ versorgung 9 ist über eine Spannungsleitung 10 mit der Ver­ bindungsleitung 11 verbunden, die ihrerseits mit der Span­ nungsleitung 7 verbunden ist. Die Signalleitung 12 ist über die Verbindungsleitung 15 mit einer Leitung 14 verbunden, die mit der CPU 13 verbunden ist und auch über den Ausgangs- Signalpegel-Detektorwiderstand R3 geerdet ist.

In Fig. 2 ist der Geschwindigkeitssensor für Fahr­ zeugstraßenräder in einer Form gezeigt, bei der Schaltkreise 21, 22 und 23 auf einer Schaltkreistafel 20 gedruckt sind, wobei der Hall-IC 4, der Widerstand R1 und der Widerstand R2 mit den Schaltkreisen 21, 22 und 23 verlötet sind. Die Ver­ bindungsleitungen 11 und 15 besitzt Anschlußpunkte 25 und 24, die mit den Schaltkreisen 21 und 22 verbunden sind, die jeweils den Spannungs- und Signalleitungen 7 und 12 entspre­ chen. Die Schaltkreistafel 20, auf der der Hall-IC 4, der Niedrigpegelausgangsstrom-Einstellwiderstand R1 und der Hochpegelausgangsstrom-Einstellwiderstand R2 angeordnet sind, ist in einem nicht gezeigten Gehäuse eingeschlossen, das aus einem unmagnetischen Material wie etwa aus Alumi­ nium, Kunstharz oder dergleichen besteht.

In Fig. 3 ist der Betrieb des Geschwindigkeitssensors für Straßenfahrzeugräder nach der Erfindung be­ schrieben. Nach dem Start des Fahrzeugs dreht sich der Rotor 1 und schaltet den Transistor Tr1 in Zeitintervallen, die der Rotationsgeschwindigkeit des Fahrzeugstraßenrads propor­ tional sind, an und aus. Wenn der Transistor Tr1 ausgeschal­ tet ist (das heißt, daß er sich im nicht-leitenden Zustand befindet), ist der von dem Geschwindigkeitssensor für Fahr­ zeugstraßenräder 3 an die Steuerungseinheit 8 ausgegebene Strom It(off) gleich der Summe des Stromes Ii, der in dem Hall-IC 4 verbraucht wird, und des Stromes I1 durch den Niedrigpegelausgangsstrom-Einstellwiderstand R1. Daher be­ findet sich die über den Ausgangssignalpegel-Detektorwider­ stand R3 abfallende Spannung V auf einem niedrigen Pegel Voff der sich ergibt aus Voff = R3 × (Ii + I1), wie in Fig. 3 gezeigt. Wenn der Transistor Tr1 an ist (oder sich im lei­ tenden Zustand befindet), ist der von dem Geschwindigkeits­ sensor für Fahrzeugstraßenräder 3 an die Steuerungseinheit 8 ausgegebene Strom It(on) gleich der Summe des Stromes Ii, der in dem Hall-IC 4 verbraucht wird, des Stromes I1 durch den Niedrigpegelausgangsstrom-Einstellwiderstand R1 und des Stromes I2 durch den Hochpegelausgangsstrom-Einstellwider­ stand R2. Also befindet sich die über dem Ausgangssignalpe­ gel-Detektorwiderstand R3 abfallende Spannung V auf einem hohen Pegel Von, der sich ergibt als Von = R3 × (Ii + I1 + I2).

Bei einem Blockierzustand der Fahrzeugstraßenräder hält der Rotor 1 seine Rotation an und es wird keine Änderung im magnetischen Fluß erzeugt in diesem Fall bleibt der Transi­ stor Tr1 angeschaltet oder ausgeschaltet und hält die Span­ nung über den Ausgangssignalpegel-Detektorwiderstand R3 auf dem niedrigen Pegel Von oder auf dem hohen Pegel Voff. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die hohen und niedrigen Pegel Von und Voff von Null verschieden sind. Wenn wenigstens eine der Verbindungsleitungen 11 und 15 unterbrochen ist, wird die über dem Ausgangssignalpegel-Detektorwiderstand R3 ab­ fallende Spannung V gleich Null, wie in Fig. 3 gezeigt. Da die über den Ausgangssignalpegel-Detektorwiderstand R3 ab­ fallende Spannung V unterschiedlich ist, je nachdem ob das Fahrzeugstraßenrad blockiert ist oder wenigstens eine der Verbindungsleitungen 11 und 15 unterbrochen ist, ist es mit dem Geschwindigkeitssensor für Fahrzeugstraßenräder nach der Erfindung möglich, die Unterbrechung in den Verbindungsleitungen 11 und 15 festzustellen, wenn die über den Ausgangssignalpegel-Detektorwiderstand R3 abfallende Spannung gleich Null ist. Außerdem erfordert der Geschwin­ digkeitssensor für Fahrzeugstraßenräder nach der Erfindung nur zwei Verbindungsleitungen zur Verbindung des Fahrzeugsradgeschwindigkeitssensors mit einer Steue­ rungseinheit.

Claims (2)

1. Geschwindigkeitssensor für Fahrzeugstraßenräder mit:
einem Prozessor (13),
Vorrichtungen (1, 2) zum Erzeugen von impulsförmigen magnetischen Flußänderungen bei der Rotation eines der Straßenräder,
einem Signalwandler (5, 6) zum Umwandeln der impulsförmigen magnetischen Flußänderungen in ein rechteckiges Impulssignal,
einer Spannungsleitung (7) zur Verbindung des Signalwandlers (5, 6) mit einer Spannungsquelle (9),
einer Signalleitung (12) zur Verbindung des Signalwandlers (5, 6) mit dem Prozessor (13),
einem Transistor (Tr1), der auf das rechteckige Impulssignal reagiert, um zwischen leitenden und nicht-leitenden Zustän­ den hin- und herzuschalten, wobei der Transistor (Tr1) eine Basiselektrode zum Empfang des rechteckigen Impulssignals, eine Kollektorelektrode und eine Emitterelektrode, die mit der Signalleitung (12) verbunden ist, besitzt, und
einem ersten Widerstand (R2), der zwischen der Spannungslei­ tung (7) und der Kollektorelektrode des Transistors (Tr1) angeschlossen ist,
gekennzeichnet durch
einen zweiten Widerstand (R1), der zwischen der Spannungs­ leitung (7) und der Signalleitung (12) angeschlossen ist, und
einen dritten Widerstand (R3), der zwischen der Signallei­ tung (12) und Erde angeschlossen ist,
wobei der Prozessor (13) die Rotationsgeschwindigkeit des Straßenrades in Abhängigkeit von der Spannung über dem drit­ ten Widerstand (R3) berechnet.

2. Straßenradgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 1, bei dem die Spannungsquelle (9) eine geregelte Konstant-Spannungs­ quelle ist.